[重点与难点]
重点：定时抢答器的总体框图的产生。
[理论内容]
一、抢答器的功能要求
·基本功能
①设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是So、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。
②给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。
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③抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时蜂鸣器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。·扩展功能
①抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定(如30s)。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时蜂鸣器发出声响。
②参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手
的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。
③ 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。
二、抢答器的组成框图
定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。
图1所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：①优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；②扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；③控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；④控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回
答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
三、电路设计
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1、抢答电路设计
图2抢答电路
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抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码器74148和DFF锁存器可以完成上述功能，其电路组成如图2所示。其工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的R 端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。于是74LS48的BI =0，显示器灭灯；74148的选通输入端ST =0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端 I 0输入信号，当有选手将键按下时(如按下S 5)，74LSl48的输出012Y Y Y =010，EX Y =0，经RS 锁存器后，CTR=l ，BI =1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74l48的ST 端为高电平，74LSl48处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74l48的为EX Y 高电平，但由于CTR 维持高电平不变，所以74LSl48仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S ，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
淀粉牙签2、定时电路设计
节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器74LSl92进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路
提供。具体电路如图3所示。
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图3可预置时间的定时电路
图4 报警电路
3、报警电路设计
由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率
()()C R R C R R f o 2121243.12ln 21+≈+= 其输出信号经三极管推动扬声器。PR 为控制信号，当PR 为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
4、抢答器控制电路设计
抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
①主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。
③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
图5 时序控制电路
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根据上面的功能要求以及图2和图3，设计的时序控制电路如图5所示。图中，门G 1的
作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LSl48的输入使能端ST。图5的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置，来自于图2中的74LS279的输出CTR=0，经G3反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CP D 时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，来自于图3中74LS192的借位输出端1
=，门G2的输出ST=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能BO
2
（1）的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR=1，经G3反相，A=0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能（2）的要求。当定时时间到时，来自74LS192的0
=，ST=1，74LS148处于禁
BO
2
止工作状态，禁止选手进行抢答。同时门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能（3）的要求。74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
图6 定时抢答器的整机电路
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